كيفية إزالة تشكيل المرحلة الرقمية

إزالة ترددات الراديو
تعرّف على كيفية استخراج البيانات الرقمية الأصلية من شكل موجة إزاحة المفتاح.

ناقشنا في الصفحتين السابقتين أنظمة أداء إزالة تشكيل إشارات AM و FM التي تحمل بيانات تمثيلية ، مثل الصوت (غير الرقمي). الآن نحن على استعداد للنظر في كيفية استعادة المعلومات الأصلية التي تم تشفيرها عبر النوع العام الثالث من التعديل ، أي تعديل الطور.

ومع ذلك ، فإن تعديل الطور التناظري ليس شائعًا ، في حين أن تعديل الطور الرقمي شائع جدًا. وبالتالي ، من المنطقي استكشاف إزالة تشكيل PM في سياق اتصالات RF الرقمية. سنستكشف هذا الموضوع باستخدام مفتاح تبديل الطور الثنائي (BPSK) ؛ ومع ذلك ، من الجيد أن تكون على دراية بأن مفتاح تبديل مرحلة التربيع (QPSK) أكثر صلة بالأنظمة اللاسلكية الحديثة.

كما يوحي الاسم ، يمثل مفتاح إزاحة الطور الثنائي البيانات الرقمية من خلال تعيين مرحلة واحدة إلى ثنائي 0 ومرحلة مختلفة إلى ثنائية 1. يتم فصل المرحلتين بزاوية 180 درجة لتحسين دقة إزالة التشكيل - المزيد من الفصل بين قيم الطورين يجعلها أسهل لفك الرموز.

اضرب ودمج - ومزامنة
يتكون مزيل التشكيل BPSK في المقام الأول من كتلتين وظيفيتين: مضاعف ومتكامل. سوف ينتج عن هذين المكونين إشارة تتوافق مع البيانات الثنائية الأصلية. ومع ذلك ، هناك حاجة أيضًا إلى دارات التزامن ، لأنه يجب أن يكون جهاز الاستقبال قادرًا على تحديد الحدود بين فترات البت. هذا فرق مهم بين الاستخلاص التناظري والاستخلاص الرقمي ، لذلك دعونا نلقي نظرة فاحصة.

 

في إزالة التشكيل التناظري ، ليس للإشارة بداية أو نهاية. تخيل جهاز إرسال FM يبث إشارة صوتية ، أي إشارة تتغير باستمرار حسب الموسيقى. تخيل الآن جهاز استقبال FM الذي تم إيقاف تشغيله في البداية. 

يمكن للمستخدم تشغيل جهاز الاستقبال في أي وقت من الأوقات ، وستبدأ دائرة إزالة التشكيل في استخراج الإشارة الصوتية من الناقل المشكل. يمكن تضخيم الإشارة المستخرجة وإرسالها إلى مكبر صوت ، وستبدو الموسيقى طبيعية. 

ليس لدى جهاز الاستقبال أي فكرة عما إذا كانت الإشارة الصوتية تمثل بداية الأغنية أو نهايتها ، أو إذا كانت دارات إزالة التشكيل تبدأ في العمل في بداية التدبير ، أو مباشرة على الإيقاع ، أو بين دقيقتين. لا يهم. تقابل كل قيمة جهد لحظي لحظة واحدة دقيقة في الإشارة الصوتية ، ويتم إعادة إنشاء الصوت عندما تحدث كل هذه القيم اللحظية على التوالي.

مع التعديل الرقمي ، فإن الوضع مختلف تمامًا. نحن لا نتعامل مع السعات اللحظية بل بالأحرى سلسلة من السعات التي تمثل معلومة منفصلة واحدة ، أي رقم (واحد أو صفر). 

يجب تمييز كل سلسلة من السعات - تسمى رمزًا ، بمدة تساوي فترة بت واحدة - عن التسلسل السابق والتالي: إذا كان المذيع (من المثال أعلاه) يستخدم التعديل الرقمي وتم تشغيل جهاز الاستقبال وبدأ في التراجع في نقطة زمنية عشوائية ، ماذا سيحدث؟ 

حسنًا ، إذا حدث أن بدأ جهاز الاستقبال في التراجع في منتصف الرمز ، فسيحاول تفسير نصف رمز واحد ونصف الرمز التالي. سيؤدي هذا بالطبع إلى أخطاء ؛ سيكون لرمز المنطق الواحد متبوعًا برمز المنطق صفر فرصة متساوية ليتم تفسيره كرمز أو صفر.

من الواضح إذن أن التزامن يجب أن يكون أولوية في أي نظام RF رقمي. أحد الأساليب المباشرة للمزامنة هو أن تسبق كل رزمة "تسلسل تدريب" محدد مسبقًا يتألف من رموز صفرية متناوبة ورموز واحدة (كما في الرسم البياني أعلاه). يمكن للمستقبل استخدام هذه التحولات من صفر إلى واحد من الصفر لتحديد الحدود الزمنية بين الرموز ، ثم يمكن تفسير بقية الرموز في الحزمة بشكل صحيح ببساطة عن طريق تطبيق مدة الرمز المحددة مسبقًا للنظام.

أثر الضرب
كما ذكرنا أعلاه ، فإن الضرب هو خطوة أساسية في إزالة تشكيل PSK. وبشكل أكثر تحديدًا ، نقوم بضرب إشارة BPSK واردة بإشارة مرجعية بتردد يساوي تردد الموجة الحاملة. ماذا يحقق هذا؟ دعونا نلقي نظرة على الرياضيات. أولاً ، يحدد المنتج لوظيفتين للجيب:

 

إذا قمنا بتحويل وظائف الجيب العامة هذه إلى إشارات بتردد وطور ، فلدينا ما يلي:

تبسيطًا ، لدينا:

لذلك عندما نضرب اثنين من الجيوب الأنفية بتردد متساوٍ ولكن في طور مختلف ، تكون النتيجة جيبًا مضاعفًا للتردد بالإضافة إلى إزاحة تعتمد على الفرق بين المرحلتين. 

التخالف هو المفتاح: إذا كانت طور الإشارة المستقبلة تساوي طور الإشارة المرجعية ، لدينا cos (0 °) ، وهو يساوي 1. إذا كانت طور الإشارة المستقبلة مختلفة 180 درجة عن طور الإشارة المرجعية ، لدينا cos (180 درجة) ، وهو –1. وبالتالي ، فإن ناتج المضاعف سيكون له إزاحة DC موجبة لإحدى القيم الثنائية وإزاحة DC سالبة للقيمة الثنائية الأخرى. يمكن استخدام هذا الإزاحة لتفسير كل رمز على أنه صفر أو واحد.

تأكيد المحاكاة
توضح لك دائرة التعديل وإزالة التشكيل BPSK التالية كيف يمكنك إنشاء إشارة BPSK في LTspice:

يتم توصيل مصدري جيب (أحدهما بطور = 0 درجة والآخر بطور = 180 درجة) بمفتاحين متحكمين في الجهد. يحتوي كلا المفتاحين على نفس إشارة التحكم بالموجة المربعة ، ويتم تكوين مقاومات التشغيل وإيقاف التشغيل بحيث يكون أحدهما مفتوحًا بينما يكون الآخر مغلقًا. يتم ربط طرفي "الإخراج" للمفاتيح معًا ، ويقوم op-amp بتخزين الإشارة الناتجة ، والتي تبدو على النحو التالي:




بعد ذلك ، لدينا جيب مرجعي مرجعي (V4) بتردد يساوي تردد شكل الموجة BPSK ، ثم نستخدم مصدر جهد سلوكي تعسفي لمضاعفة إشارة BPSK بالإشارة المرجعية. ها هي النتيجة:




كما ترون ، فإن الإشارة المستخرجة هي ضعف تردد الإشارة المستقبلة ، ولها إزاحة DC موجبة أو سلبية وفقًا لمرحلة كل رمز. إذا قمنا بعد ذلك بدمج هذه الإشارة فيما يتعلق بكل فترة بت ، فسيكون لدينا إشارة رقمية تتوافق مع البيانات الأصلية.

كشف متماسك
في هذا المثال ، تتزامن طور الإشارة المرجعية للمستقبل مع طور الإشارة المشكّلة الواردة. يمكن تحقيق ذلك بسهولة في محاكاة. إنه أكثر صعوبة في الحياة الواقعية. علاوة على ذلك ، كما تمت مناقشته في هذه الصفحة تحت عنوان "الترميز التفاضلي" ، لا يمكن استخدام مفتاح إزاحة الطور العادي في الأنظمة التي تخضع لاختلافات طور غير متوقعة بين المرسل والمستقبل. 

على سبيل المثال ، إذا كانت الإشارة المرجعية للمستقبل خارج الطور بمقدار 90 درجة مع الموجة الحاملة للمرسل ، فسيكون فرق الطور بين المرجع وإشارة BPSK دائمًا 90 درجة ، ويكون cos (90 °) يساوي 0. وبالتالي ، فإن إزاحة التيار المستمر تكون فقدت ، والنظام لا يعمل تماما.

يمكن تأكيد ذلك بتغيير طور مصدر V4 إلى 90 درجة ؛ ها هي النتيجة:

نبذة عامة
* تتطلب إزالة التشكيل الرقمي تزامن فترة البت ؛ يجب أن يكون جهاز الاستقبال قادرًا على تحديد الحدود بين الرموز المجاورة.

* يمكن إزالة تشكيل إشارات المفاتيح ثنائية الطور عن طريق الضرب يليه التكامل. للإشارة المرجعية المستخدمة في خطوة الضرب نفس تردد الموجة الحاملة للمرسل.

* لا يمكن الاعتماد على التبديل الطوري المعتاد لإزاحة الطور إلا عندما يمكن أن تحافظ طور الإشارة المرجعية للمستقبل على التزامن مع طور حاملة المرسل.

اترك رسالة 

قائمة الرسالة